Kvantti-informaatiota tallentavat ja prosessoivat optiset komponentit vaativat tyypillisesti näkyvän valon fotoneja toimiakseen. Kuitenkin vain lähi-infrapuna-fotonit, joiden aallonpituudet ovat noin kymmenen kertaa pidempiä, voivat kuljettaa kvanttidataa kilometrien pituisissa optisissa kuiduissa.
National Institute of Standards and Technologyn (NIST) tutkijat ovat kehittäneet tavan ratkaista tämä ristiriita. Tutkijaryhmä loi kvanttikorreloituja pareja, jotka koostuivat yhdestä näkyvästä ja yhdestä lähi-infrapunan fotonista.
Tällaiset fotoniparit yhdistävät molempien maailmojen parhaat puolet. Näkyvät valon kumppanit voivat olla vuorovaikutuksessa loukkuun joutuneiden atomien, ionien tai muiden järjestelmien kanssa, jotka toimivat tietokonemuistin kvanttiversioina, kun taas kunkin parin infrapunafotonit voivat kulkea pitkiä matkoja pitkin optista kuitua.
Näin innovaatio parantaa valopohjaisten piirien kykyä siirtää turvallisesti informaatiota kaukaisiin paikkoihin.
Tutkijoiden suunnittelumenetelmiä voidaan helposti soveltaa monien muidenkin näkyvien valo/lähi-infrapunaparien luomiseen, jotka voidaan räätälöidä vastaamaan erityisiä kiinnostavia järjestelmiä. Lisäksi pienet lomittumisen tuottavat optiset komponentit ovat nykytekniikoin valmistettavissa.
Useimmissa tapauksissa lomittuneilla kahdella fotonilla on samanlaiset aallonpituudet tai värit. Mutta NIST-tutkijat pyrkivät tarkoituksellisesti luomaan fotoniparin erivärisistä fotoneista.
Lomittuneiden parien luomiseksi tiimi rakensi erityisen optisen ”kuiskausten gallerian”, joka on nanokokoinen piiitridinen resonaattori.Se ohjaa valoa pienessä rengasrakenteessa.
Tulevaisuudessa yhdistämällä kaksi lomittunutta paria kahdella kvanttimuistilla, fotonipareihin liittyvä lomittuminen voidaan siirtää kvanttimuistiin. Tämä tekniikka, joka tunnetaan nimellä lomittumisvaihto, mahdollistaa muistien lomittumisen toisiinsa paljon pidemmillä etäisyyksillä kuin normaalisti olisi mahdollista.
- Meidän panoksemme oli selvittää, miten tehdä kvanttivalonlähde, jolla on oikeat ominaisuudet, jotka mahdollistavat tällaisen pitkän matkan lomittumisen”, toteaa NIST:n tutkija Kartik Srinivasan tutkimuslaitoksensa tiedotteessa.
Veijo Hänninen
Nanobittejä 6.3.2019
